UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA
EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LA DENSIDAD DEL AGUA Melissa Pérez, Pérez, Carolina González, Oscar Oscar Escobar Escobar Profesor: William Celín. Grupo CN3– Mesa 1. 13-02-2013 Laboratorio de Física Calor Ondas, Universidad de la Costa, Barranquilla Barranquilla
Resumen
Introducción
En la experiencia realizada en el laboratorio la temática central estuvo enfocada en la observación de la variación de la densidad del agua sometida a distintas temperaturas, temperaturas, a trav través és de la util utiliz izac ació ión n de algu algun nos instrumentos instrumentos de laboratorio que cumplieron cumplieron funciones funciones determi determinant nantes es al momento momento de hallar la masa, el volumen y la temperatura a lo largo de la experiencia, con los datos obtenidos se hizo una relación masa sobre volumen para observar el comportamiento de la densi densida dad, d, luego luego se anali analizar zaron on los result resultad ados, os, dand dando o origen origen a una una tabla tabla de datos y a una gráfica de la densidad con relación a la temperatura.
La densidad, densidad, es una una medida utilizada utilizada para determinar la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, puede variar si se cambia la presión o la temperatura. En los casos en los que la presión aumenta, la densidad del material también lo hace ace, por el con contra trario, io, cua cuando la tempera temperatura tura aumenta, aumenta, la densida densidad d baja, baja, como como en esta esta exper experien ienci cia, a, la cual cual tiene tiene como objetivo observar esta variación de la densidad con respecto a la temperatura y mostr mostrar ar un análi análisis sis grafi grafico co de los datos datos obtenidos en el laboratorio.
2. Fundamentos Teóricos Las propiedades físicas del agua como su punto de ebullición (100 °C) y su punto de fus fu sión (0 °C) C),, so son n su sus sta tanc nciial alm mente importantes ya que junto a las condiciones ambientales del planeta permiten que las aguas superficiales que se encuentran en estado líquido en la tierra y en los tejidos de los seres vivos, puedan ser aptas para el de desa sarr rrol ollo lo de lo los s pr proc oces esos os vi vita tale les. s.
Palabras claves Densidad, temperatura, masa, volumen…
Abstract
On the the expe experi rien ence ce carr carrie ied d out out in the the laboratory the central topic was focused on the the obse observ rvat atio ion n of the the vari variat atio ion n of the the dens densit ity y of wate waterr subj subjec ecte ted d to diffe differe rent nt temper temperatu atures res,, throu through gh the use use of some some laboratory laboratory equipment that met key functions at the moment find the mass, volume and tempera temperature ture througho throughout ut the experien experience, ce, with the data mass over volume became a relationship to observe the behavior of the density density then analyzed analyzed the results, results, giving giving rise rise to a data data table table and and a grap graph h of the density in relation to temperature.
La enor enorme me cap capacida acidad d calo calorífic rífica a del agua (18 (1 8 ca cal/ l/mo mol. l. °C o 1 ca cal/ l/g g ºC ºC)) pe perm rmit ite e almacenar gran cantidad de calor en esta sin que su temperatura varíe bruscamente. El agua en la superficie terrestre, puede ser encon encontra trada da en sus sus tres tres estado estados s físico físicos: s: Sólid Sólido, o, Líquid Líquido o y Gaseo Gaseoso so y puede puede ser some someti tida da a camb cambio ios s con con resp respec ecto to a la variación de la temperatura y la presión. A manera general general encontramos encontramos que en el organism ismo de os sere eres humanos se necesita mantener una temperatura interna que no exceda los 37°C, dicho proceso es conocido como proceso homeostático. Se debe debe a que en el mome moment nto o de hacer acer ejercicio y agit ar las molé molécu cula las s inter interna nas, s, en consecuencia se aumenta la temperatura interna y la piel por medio de
Key words Density, temperature, mass, volume…
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA la transpiración elimina lo comúnmente conocido como “sudor” compuesto por 98% de agua y otras y otras sustancias, obteniendo así la estabilización del organismo. Este proceso de transpiración o cualquier otro proceso en el que se disponga de agua el resultado se da debido a los dos factores anteriormente mencionados: La presión y la Temperatura.
3. Desarrollo experimental Inicialmente se procede a utilizar los elementos como el hielo, agua, un beaker, una probeta, un termómetro, una balanza y un mechero, para determinar la variación de la densidad del agua con relación al cambio de temperatura (Figura 1).
Pero el agua pura resulta entonces u n c as o e sp ec ia l y a q ue n o s ig ue l in ea lm en te l a l ey g en er al d e l os líquidos en donde la temperatura es di re ct am en te proporcional al volumen de estos e inversamente proporcional a su densidad.
En primera instancia, se calibra la balanza que será usada para determinar la masa del agua en cada una de las temperaturas en la experiencia, al igual que la masa del beaker que será una medida estándar que debe sustraerse de la masa que se tome de este elemento contenido de agua en sus distintas temperaturas
La experiencia nos dice que, cuando calentamos un cuerpo, se dilata y, cuando lo enfriamos, se contrae. Pero con el agua no sucede así, ya que cuando pasa de estado líquido a sólido, se dilata (aumenta de volumen, se expande); entonces la masa de hielo tiene mayor volumen que la masa de agua. Este hecho se denomina dilatación anómala del agua y ocasiona que el agua sólida tenga una densidad menor al agua líquida.
Se tomo el beaker lleno de una cantidad de agua equivalente a un volumen y masa, con los cuales fue tomada la primera temperatura. Posteriormente este mismo breaker con agua le fueron agregados cubos de hielo los cuales permitieron observar la temperatura más baja en el termómetro a la que fue sometida el agua en esta experiencia y por ende obtener otras mediciones de masa y volumen, luego se determino una escala de aumento de temperatura con la ayuda del mechero para estudiar el comportamiento de agua a temperaturas más altas, simultaneo a esto fue tomado masa y volumen para las distintas temperaturas en la secuencia del tiempo en la que fue prolongada la escala de aumento (Figura 2).
Entrando a profundizar en términos claves como densidad, temperatura y dilatación podemos definir la primera como la relación existente entre la masa de un cuerpo o una sustancia y su volumen. Es decir, la masa contenida en la unidad de volumen del mismo. La segunda consiste en la magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, Y por último la dilatación consiste en un proceso físico por el cual se producen cambios de volumen como resultado de cambios de temperatura. Para hacer el análisis en esta experiencia, nos enfocamos en el cociente entre la masa y el volumen: ρ= m/v Utilizando los medidos con laboratorio.
datos posteriormente los instrumentos de Figura 1
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA comportamiento inversamente proporcional de estos dos conceptos: (Figura 3)
(Figura 3)
Figura 2
Esto nos indica que a mayor temperatura, disminuye la densidad del agua, según nuestra observación en la gráfica y en la experiencia en el laboratorio.
4. Cálculos y análisis De Resultados
La relación que observamos en las magnitudes Volumen y temperatura como la relación entre esta ultima y la densidad es inversamente proporcional, esto se debe a que el agua a diferencia de otros líquidos conforme aumenta la temperatura primero se aumenta la densidad y disminuye el volumen para luego al acercarse al punto de ebullición empieza a dilatarse, entonces de esta manera comienza a disminuir su densidad.
En primera instancia fueron tomados los datos que determinaron la masa del beaker, la masa del agua con el beaker, su volumen y su temperatura ambiente así: Volumen (cm3)
Masa (gr)
Temperatura (°C)
150
133,7
21
Masa del Breaker (gr)
174,7
El agua en la experiencia presenta un comportamiento inusual o más bien inquietante, en el punto en que su temperatura oscila entre 20 y 48ºC en la cual el volumen se mantiene constante pero de igual forma la densidad desciende.
Por consiguiente en el desarrollo de la experiencia se obtienen los siguientes datos de la escala de aumento de temperatura creada con la ayuda del mechero para estudiar el comportamiento de agua a temperaturas más altas: Volumen (cm3)
Masa (gr)
215 215 215 213 205 190
206,8 206,6 205,4 200,8 184,5 159,8
La incidencia de la variación de la densidad del agua de 0ºC a 4ºC en el ambiente se presenta en disminución de la densidad a partir de 4ºC a este punto de la temperatura la densidad decrece, y pasa de fase liquida a fase sólida a 0 ºC.
Temperatura Densidad
(°C)
(gr/cm3)
20 30 48 79 80 92
0,962 0,961 0,955 0,943 0,900 0,841
5. Conclusiones
El gráfico obtenido de la relación Densidad Vs Temperatura nos describe un
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El agua es una sustancia extraordinaria que cubre más de dos terceras partes de la superficie de la tierra, como hemos mencionado sus tres estados Líquido, solido y Gaseoso. Nos permite conocerla en sus diferentes estados de temperatura. En esta experiencia se observo la variación de la densidad de esta sustancia, sometida a temperaturas altas para observar en los datos obtenidos y en el análisis de los resultados que a mayor temperatura, se presenta un estado gaseoso del agua y por ende menor densidad debido a que los gases contienen menos partículas de hidrogeno y más de oxigeno.
Bibliografía
También se observo la disminución del volumen con respecto al aumento de la temperatura, por lo cual se puede deducir esta medida como directamente proporcional a la densidad.
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1.
SERWAY, Raymond. Física. Tomo II. 4° edición. Ed. Mc Graw Hill. México. 2002. Pag 456.
2.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estad istica/otros/vapor/vapor.htm#Medida de la densidad del agua a diversas temperaturas.
3.
http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad
